多普勒综合实验报告

四川理工学院实验报告成绩学号：11101030233班级：网络工程一班实验班编号：姓名：赵鸿平实验名称：多普勒效应综合实验实验目的：1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较实验仪器：多普勒效应综合实验仪由实验仪实验原理：1、超声的多普勒效应根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：f=f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：f=f0（1+V/u）（2）当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f—V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k。由（2）式可解出：V=u（f/f0–1）（3）若已知声速u及声源频率f0，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。数据记录：（要求在实验前画出实验表格）N2345678加速度a/(m.s^2)平均值理论值百分误差Tn=0.05(n-1)(s)390833913839191392483930239359394109.7079.72859.7930.88%V10.741.231.72.212.683.183.64Tn=0.05(n-1)(s)387303878138834388733894638999390539.79.7930.95%V20.721.171.652.182.653.133.61Tn=0.05(n-1)(s)387853884038891389513900639059391109.7649.7930.30%V30.761.251.712.242.733.213.66Tn=0.05(n-1)(s)389303898339034390933914839204392579.7439.7930.51%V40.711.191.642.172.663.153.62实验步骤1.自由落体运动验证牛顿第二定律：（1）设定好实验仪器为实验做准备；（2）按“确认”后，磁铁释放，接收器组件拉动砝码作垂直方向的运动。测量完成后，显示屏上出现测量结果。（3）在结果显示界面中用键选择“返回”，“确认”后重新回到测量设置界面。按以上程序进行新的测量。于matlab7.14对实验数据进行处理T=0.1:0.05:0.4;%将时间区间设置为向量V1=[0.741.231.72.212.683.183.64];V2=[0.721.171.652.182.653.133.61];V3=[0.761.251.712.242.733.213.66];V4=[0.711.191.642.172.663.153.62];%J将实验获得的速度数据列为矩阵cftool%运用拟合工具箱对实验数据进行拟合拟合结果分别如下截图所示x=0.1:0.05:0.4;y1=9.707*x-0.2682;y2=9.7*x-0.2279;y3=9.764*x-0.2782;y4=9.743*x-0.2129;%由拟合数据列得拟合函数subplot(221)%以下为拟合函数与实验数据的绘图plot(x,y1,T,V1,'r*')axis([0.10.40.53.7])legend('拟合曲线','实验数据点','location','best')title('第一次实验数据')xlabel('时间t/s')ylabel('时间点出速度v(m/s)')subplot(222)plot(x,y2,T,V1,'k*')axis([0.10.40.53.7])legend('拟合曲线','实验数据点','location','best')title('第二次实验数据')xlabel('时间t(s)')ylabel('时间点出速度v(m/s)')subplot(223)plot(x,y3,T,V1,'m*')axis([0.10.40.53.7])legend('拟合曲线','实验数据点','location','best')title('第三次实验数据')xlabel('时间t(s)')ylabel('时间点出速度v(m/s)')subplot(224)plot(x,y4,T,V1,'b*')axis([0.10.40.53.7])legend('拟合曲线','实验数据点','location','best')title('第四次实验数据')xlabel('时间t(s)')ylabel('时间点出速度v(m/s)')g=[9.7079.79.7649.743];averG=sum(g)/4%g的平均值averG=9.7285g=[9.7079.79.7649.743];g0=9.793;k=(g0-g)/g0%获得试验数据百分误差k=0.00880.00950.00300.0051误差分析：1.电流值选择过小对实验影响很大2.温度要选定对实验数据的测定有影响3.躯体的触摸对接收装置的接收数据有影响体会建议：1.注意接收装置与发射装置保持通讯，是实验成功的关键；2.对实验设定要仔细，以免设定数据对，实验结果产生大的影响；3.测量时要尽量减少身体触碰接收装置的接收部位，以免对实验产生影响